国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

淺談ZnO薄膜的特性

2013-12-30 08:57:04萬文瓊
關(guān)鍵詞:透光性

萬文瓊

【摘 要】ZnO薄膜在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用,所以對ZnO薄膜性質(zhì)的研究顯得很重要,本文從電學(xué)性質(zhì),透光性,發(fā)光性,壓電、氣敏、壓敏性等方面對ZnO薄膜的性質(zhì)進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】ZnO薄膜;電學(xué)性質(zhì);透光性;發(fā)光性

一、引言

ZnO[1-2]是一種性能優(yōu)越的新型半導(dǎo)體材料,位于Ⅱ-Ⅳ族,六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)是其最常見的結(jié)構(gòu),ZnO薄膜有著高的c軸擇優(yōu)取向生長的特點(diǎn),還具有較高的熔點(diǎn)、機(jī)電禍合系數(shù)大,激子束縛能高等特點(diǎn),這些都是薄膜的良好性能,而且來源廣,價(jià)格便宜,在制備過程中易于實(shí)現(xiàn)摻雜,無毒,并且對環(huán)境沒有污染,所以說它是一種優(yōu)良的,可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的環(huán)保材料。

氧化鋅作為Ⅱ-Ⅵ族化合物,本征缺陷和雜質(zhì)缺陷是ZAO薄膜中存在的兩種點(diǎn)缺陷,晶粒質(zhì)點(diǎn)的有序排列被這些缺陷破壞了,從而對薄膜的電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)都有產(chǎn)生了很大的影響。雜質(zhì)缺陷指的是通過加入一些其他的物質(zhì),從而破壞原有的結(jié)構(gòu),而在氧化鋅晶粒中形成的缺陷。

鋁是施主雜質(zhì)中最成功的摻雜。摻入Al2O3后,由于鋅原子半徑(RZn=0.083nm)比鋁原子半徑(RAl=0.057nm)大的緣故,鋁原子容易占據(jù)鋅原子的位置。

摻鋁后的ZnO薄膜的缺陷反應(yīng)式:

通過反應(yīng)式我們看出,摻入Al2O3,凈電子增加了,晶粒導(dǎo)電性增強(qiáng)了。

ZAO薄膜為直接帶隙簡并半導(dǎo)體,能隙變化與載流子濃度的1/3次方成正比,摻雜之后光帶隙發(fā)生藍(lán)移。實(shí)驗(yàn)證實(shí),在摻鋁氧化鋅薄膜中,鋁的含量會對薄膜的性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響,當(dāng)Al2O3的含量為2~3(wt)%時(shí),薄膜的導(dǎo)電性最好。鋁摻雜濃度的最佳值可以從薄膜晶體結(jié)構(gòu)方面的理論給予解釋。

ZnO體系中載流子濃度隨鋁摻量的變化公式為:

式中:n為載流子濃度,單位cm-3,NA為阿伏加德羅常數(shù),Vmol為氧化鋅薄膜摩爾體積,x=NAl/(NZn+NAl)為鋁原子對鋅原子的摻雜百分比。

二、ZnO薄膜的性質(zhì)

(一) ZnO薄膜的電學(xué)性質(zhì)

純的ZnO薄膜是本征半導(dǎo)體,即使有一些電子在一定溫度下能夠獲得一定的能量,使其從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,使得價(jià)帶出現(xiàn)孔穴而導(dǎo)帶增加自由電子,但是這樣產(chǎn)生平衡載流子的幾率是很小的,所以純的沒有摻雜的ZnO薄膜其自由載流子濃度比半導(dǎo)體的金屬載流子以及自由載流子濃度要小的多,電阻率也很高,導(dǎo)電性很差,幾乎不導(dǎo)電。但是如果在ZnO中摻入鋁元素后,ZAO薄膜的電阻率甚至可以降到10-4 ,導(dǎo)電性能就會得到大幅提高。

(二)ZnO薄膜的透光性

在影響透明導(dǎo)電薄膜光吸收邊移動的諸多因素中Burstsin移動是起著最大作用的一個(gè)。只有滿足既具有高的載流子濃度,然而載流子的有效質(zhì)量又小的半導(dǎo)體,才能夠發(fā)生顯著的Burstsin移動,如果載流子濃度足夠高,在氧化鋅這種寬禁帶半導(dǎo)體透明導(dǎo)電薄膜中,也會發(fā)生顯著的Burstsin移動。

由于ZnO薄膜的禁帶寬度(約為3.37ev)大于可見光子能量(3.1ev),ZnO薄膜對整個(gè)可見光是透明的,其導(dǎo)電性主要依賴于載流子和氧空穴的濃度,本征激發(fā)在可見光的范圍內(nèi)是不會發(fā)生的,所以它在可見光的范圍內(nèi)透射率是很高的。ZnO薄膜的透光性會受到鋁的摻雜量的影響,摻雜濃度越大,薄膜的禁帶寬度就會越寬。當(dāng)載流子濃度足夠高時(shí),半導(dǎo)體變成簡并的,費(fèi)米能級進(jìn)入導(dǎo)帶。導(dǎo)電性和透光率對透明導(dǎo)電薄膜是一對矛盾體,導(dǎo)電性能好,要求薄膜的厚度增加,而厚度的增大必然使得薄膜的光透過性減弱。

(三)ZnO薄膜的發(fā)光性

ZnO具有很好的發(fā)光特性,不同條件下,發(fā)光峰位不盡相同,ZnO的發(fā)光機(jī)制主要包括帶間躍遷發(fā)光、激子復(fù)合發(fā)光以及缺陷或雜質(zhì)能級躍遷發(fā)光。ZnO是直接帶隙半導(dǎo)體,激子束縛能高達(dá)60meV,大約為GaN材料的兩倍,遠(yuǎn)高于室溫下晶格熱動能26meV,因此很容易實(shí)現(xiàn)室溫受激發(fā)射。室溫下,ZnO的紫外發(fā)光峰主要由自由激子復(fù)合發(fā)光引起的。在一定條件下,還會出現(xiàn)激子-激子碰撞發(fā)光和聲子參與的激子發(fā)光等。室溫下光泵激射已經(jīng)在MBE生長的ZnO和MgZnO中觀察到,激射一直保持到了550K以上,所觀察到了激射的能量位置與激子之間的非彈性散射的計(jì)算結(jié)果一致,這種碰撞的結(jié)果導(dǎo)致一個(gè)激子被激發(fā)到了高能級,并產(chǎn)生一個(gè)聲子。由于激子的共振長度要比直接的電子一空穴對大很多,同時(shí)激子復(fù)合所導(dǎo)致的光學(xué)增益的能量分布也要比處于帶尾的自由載流子的復(fù)合要窄得多,因此基于激子效應(yīng)所導(dǎo)致的激射過程將比電子空穴等離子體具有更大的增益和更低的閡值,這就使ZnO結(jié)構(gòu)材料特別適合于發(fā)展基于激子效應(yīng)的光電器件。

(四)ZnO薄膜的壓電、氣敏、壓敏性

ZnO在壓電、氣敏、壓敏等方面也有重要的應(yīng)用。(002)方向擇優(yōu)生長的ZnO薄膜是一種具有良好壓電性質(zhì)的材料。利用射頻磁控濺射法制備的c軸擇優(yōu)取向的ZnO薄膜在高頻區(qū)表現(xiàn)出很好的電聲轉(zhuǎn)換效應(yīng)及低嵌入損耗等特征。利用ZnO的壓電性質(zhì),可以制備出高頻纖維聲光器件,不同摻雜的ZnO薄膜對特定的氣體敏感,例如未摻雜的ZnO薄膜對還原性、氧化性氣體具有敏感性;摻Bi2O3、Cr2O3、Y2O3等的ZnO薄膜對H2具有敏感性;而摻La2O3、Pd、V2O5的ZnO薄膜對酒精、丙酮等氣體表現(xiàn)出良好敏感性。利用ZnO的氣敏性質(zhì)制備的傳感器可用于健康檢測、監(jiān)測人的血液酒精濃度以及監(jiān)測大氣中的酒精濃度等。ZnO壓敏材料受外加電壓作用時(shí),存在一個(gè)閩值電壓,即壓敏電壓,當(dāng)外加電壓高于該值時(shí)即進(jìn)入擊穿區(qū),此時(shí)電壓的微小變化即會引起電流的迅速增大,這一特征使ZnO壓敏材料在各種電路的過流保護(hù)方面已得到了廣泛的應(yīng)用。

由于ZnO薄膜有著上述的一些性質(zhì),使得它在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。在光電顯示領(lǐng)域中它是選做透明電極的良好材料;它作為一種n型半導(dǎo)體它與一種適宜的p型半導(dǎo)體組合在一起時(shí),在太陽能光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中可作為一種異質(zhì)結(jié);由于它的電阻率會隨著表面吸附的氣體濃度的變化而改變,因此可以用來制作表面型氣敏原件;還可以被制成氣敏元件、各種壓電、壓光、電聲與聲光器件。

參考文獻(xiàn):

[1] Lin J-C, Peng K-C, Liao H-L, Lee S-L. Transparent conducting Sc-codoped AZO film prepared from ZnO:Al–Sc by RF-DC sputtering. Thin Solid Films. 2008, 516(16): 5349-5354.

[2] Ng Z-N, Chan K-Y, Tohsophon T. Effects of annealing temperature on ZnO and AZO films prepared by sol–gel technique. Applied Surface Science. 2012, 258(24): 9604-9609.

猜你喜歡
透光性
銀基玻璃抗菌劑/硅膠復(fù)合材料的制備與性能研究
With the line to the wonderland
沖擊加載下苯的透光特性
光固化大塊充填樹脂厚度對透明度及透光性的影響
透光性陶瓷材料的藝術(shù)表達(dá)
光纖透光水泥
江西建材(2018年5期)2018-02-14 14:51:38
透明混凝土的研究與應(yīng)用
漳州角美美福廣場Low-E玻璃的性能分析及應(yīng)用
“玉青瓷”與“粉青瓷”的光學(xué)異質(zhì)性研究
江蘇陶瓷(2015年1期)2015-04-29 00:44:03
用于防護(hù)材料的聚乙烯醇/氧化石墨烯層層組裝膜
上海塑料(2015年2期)2015-02-20 07:01:23
东至县| 贺州市| 新巴尔虎右旗| 台中县| 咸宁市| 孟津县| 玉环县| 盐山县| 长沙县| 腾冲县| 外汇| 双流县| 鄂伦春自治旗| 漳平市| 平远县| 新晃| 南昌市| 柘城县| 贺州市| 周口市| 曲阜市| 固阳县| 龙游县| 忻州市| 西乌珠穆沁旗| 凤凰县| 平陆县| 汤阴县| 多伦县| 青川县| 庄河市| 津市市| 平山县| 竹溪县| 澄城县| 双城市| 龙海市| 南投县| 黔南| 仪征市| 卢氏县|